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Der magnetische Startpunkt des Jets von Perseus A
Redaktion
/ Pressemitteilung des Max-Planck-Instituts für Radioastronomie
astronews.com
13. Februar 2024
Mit dem Event-Horizon-Teleskop ist es gelungen, den
Startpunkt eines sich entwickelnden Plasmajets mit ultrahoher Winkelauflösung zu
untersuchen. Beobachtet wurden magnetische Strukturen im Zentralbereich der
Radiogalaxie Perseus A, in dem sich eines der nächstgelegenen aktiven
supermassereichen Schwarzen Löcher in unserer kosmischen Nachbarschaft befindet.
Für eine detaillierte Beobachtung der
Radiogalaxie 3C 84 muss man so weit wie möglich heranzoomen.
Dies wird durch Verkleinerung der Beobachtungswellenlänge (von
links nach rechts) und den Einsatz eines weltweiten Netzwerks
von Teleskopen erreicht. Die erhaltenen Radiobilder zeigen den
Jet des Schwarzen Lochs in verschiedenen räumlichen Maßstäben
(gekennzeichnet durch den horizontalen Balken unter jedem
Bild), wobei das EHT-Bild auf der rechten Seite die meisten
Details zeigt.
Bild:
Georgios Filippos Paraschos (MPIfR) [Gesamtansicht] |
Die starke Radioquelle 3C 84 oder Perseus A liegt im Zentrum von NGC
1275, der zentralen Galaxie des Perseus-Galaxienhaufens in einer Entfernung von
230 Millionen Lichtjahren. Sie beherbergt einen relativ nahegelegenen aktiven
galaktischen Kern, was eine detaillierte Untersuchung der zentralen Quelle mit
hoher Auflösung mit dem Event-Horizon-Teleskop (EHT) ermöglicht. "Das EHT
liefert nicht nur erste Bilder von Schwarzen Löchern, sondern ist auch
hervorragend geeignet, um astrophysikalische Plasmastrahlen und ihr
Zusammenspiel mit starken Magnetfeldern zu beobachten", sagt Georgios Filippos
Paraschos, Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Radioastronomie (MPIfR),
der das Projekt geleitet hat. "Unsere dadurch gewonnenen Erkenntnisse liefern
neue Beweise dafür, dass sich ein geordnetes Magnetfeld durch das erhitzte Gas
erstreckt, das das zentrale Schwarze Loch umgibt."
Die bahnbrechenden Beobachtungen mit dem EHT ermöglichen es den Forschern,
immer wieder auftretende Fragen zu beantworten, wie nämlich Schwarze Löcher
Materie akkretieren und gewaltige Jets ausstoßen, die weit über ihre
Wirtsgalaxien hinausreichen können. In den letzten Jahren hat das Event-Horizon-Teleskop
eine Reihe von Bildern enthüllt, die die Ausrichtung der elektromagnetischen
Strahlung um das Schwarze Loch M 87* zeigen. Diese Eigenschaft des emittierten
Radiolichts, die als lineare Polarisation bezeichnet wird, liefert Hinweise auf
das zugrunde liegende Magnetfeld. Insbesondere eine starke lineare Polarisation,
wie sie in der jetzt vorgestellten Studie gefunden wurde, deutet auf ein
starkes, wohlgeordnetes Magnetfeld in der Umgebung des Schwarzen Lochs im
Zentrum von 3C 84 hin.
Es wird vermutet, dass solche starken Magnetfelder die treibende Kraft hinter
dem Start von Plasmajets sind, die aus Materie bestehen, die nicht vom Schwarzen
Loch verzehrt wurde. "Die Radiogalaxie 3C 84 ist schon deswegen interessant,
weil sie eine Herausforderung für den Nachweis und die genaue Messung der
Polarisation des Lichts in der Nähe eines Schwarzen Lochs darstellt", erklärt
Jae-Young Kim, außerordentlicher Professor für Astrophysik an der Kyungpook
National University in Südkorea, der ebenfalls am MPIfR tätig ist. "Die
außergewöhnliche Fähigkeit des Event-Horizon-Teleskops, das dichte interstellare
Gas zu durchdringen, ist ein bahnbrechender Fortschritt für die präzise
Beobachtung der Umgebung von Schwarzen Löchern."
Solche hochgenauen Beobachtungen ebnen den Weg für die Entdeckung und
Untersuchung anderer supermassereicher Schwarzer Löcher, die für bisherige
Beobachtungstechnologien verborgen und schwer fassbar geblieben sind. Die
erhaltenen Ergebnisse erhellen auch die Art und Weise, wie die Masse auf das
supermassereiche Schwarze Loch im Zentrum akkretiert wird, nämlich durch
Advektion. Es wird angenommen, dass die einfallende Materie eine stark
magnetisierte, sozusagen magnetisch arretierte Scheibe bildet. In diesem
Szenario werden die Magnetfeldlinien innerhalb der Akkretionsscheibe eng
gewickelt und verdreht, was eine effiziente Freisetzung von magnetischer Energie
verhindert. Darüber hinaus deuten die Ergebnisse darauf hin, dass das Schwarze
Loch im Zentrum von 3C 84 schnell rotiert, was einen Zusammenhang zwischen dem
Start des Jets und der schnellen Rotation der Schwarzen Löcher nahelegt.
"Warum sind Schwarze Löcher so gut darin, starke Jets zu erzeugen? Das ist
eine der faszinierendsten Fragen der Astrophysik", sagt Maciek Wielgus, Forscher
am MPIfR. "Wir gehen davon aus, dass allgemein relativistische Effekte, die
knapp oberhalb des Ereignishorizonts des Schwarzen Lochs auftreten, der
Schlüssel zur Beantwortung dieser Frage sein könnten. Solche hochauflösenden
Beobachtungen ebnen endlich den Weg zu einer experimentellen Bestätigung."
Die neuen Ergebnisse wurden durch die Technik der Interferometrie mit sehr
langen Basislinien (Very Long Baseline Interferometry, VLBI) ermöglicht. Dabei
beobachten mehrere Teleskope dasselbe Objekt am Himmel und die gesammelten
Signale werden anschließend zu einem Bild kombiniert. Auf diese Weise realisiert
man ein virtuelles Teleskop, das so groß sein kann wie der Durchmesser der Erde.
"Diese Ergebnisse sind ein wichtiger Schritt zum Verständnis von Galaxien wie
3C 84. Gemeinsam mit unseren internationalen Partnern sind wir bestrebt, die
Fähigkeiten des Event-Horizon-Teleskops zu verbessern, um noch detailliertere
Einblicke in die Erzeugung von Jets um Schwarze Löcher zu ermöglichen", schließt
Anton Zensus, Direktor am MPIfR und Leiter der Forschungsabteilung
Radioastronomie / VLBI.
Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Astronomy & Astrophysics veröffentlicht.
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